RU2498014C2 - Method to determine frost heave of soil during freezing of seasonally thawing layer - Google Patents
Method to determine frost heave of soil during freezing of seasonally thawing layer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2498014C2 RU2498014C2 RU2010149010/03A RU2010149010A RU2498014C2 RU 2498014 C2 RU2498014 C2 RU 2498014C2 RU 2010149010/03 A RU2010149010/03 A RU 2010149010/03A RU 2010149010 A RU2010149010 A RU 2010149010A RU 2498014 C2 RU2498014 C2 RU 2498014C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soil
- freezing
- density
- seasonally
- samples
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к строительному производству и предназначено для определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя.The invention relates to construction production and is intended to determine the frost heaving of the soil during freezing seasonally spreading layer.
Известен способ определения пучения грунта, включающий бурение скважины, установку в ней репера на глубину, превышающую глубину сезонного протаивания грунта, заполнение пазухи между репером и стенками скважины влажным грунтом, установку марки на поверхности земли, наблюдения за вертикальными перемещениями марки относительно репера в течение всего периода промерзания слоя грунта [1].There is a method of determining soil heaving, including drilling a well, installing a benchmark in it to a depth exceeding the depth of seasonal thawing of the soil, filling the sinus between the benchmark and the walls of the well with moist soil, installing the mark on the ground, observing the vertical movements of the mark relative to the benchmark for the entire period freezing of the soil layer [1].
Недостатками этого способа является трудоемкость вследствие оборудования реперами, марками и проведение длительных наблюдений за пучением грунта, а также значительные затраты металла на изготовление реперов.The disadvantages of this method is the complexity due to equipment benchmarks, grades and long-term observations of heaving of the soil, as well as significant metal costs for the manufacture of benchmarks.
Наиболее близким техническим решением является способ определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя, включающий бурение скважины перед началом его промерзания, отбор образцов грунта, измерение глубины сезонного протаивания ξ, определение на образцах плотности сухого грунта ρd, плотности минеральных частиц ρs, влажности грунта w, влажности по незамерзшей воде ww(Tfh), влажности пределов текучести wL и раскатывания wp, минимальной температуры зоны промерзания Tfh, расчетной температуры у поверхности грунта, приравненной к средней температуре охлаждающей среды за период промерзания и расчет величины пучения по формуле [2]The closest technical solution is a method for determining frost heaving of soil during freezing of a seasonally spreading layer, which includes drilling a well before freezing, taking soil samples, measuring the depth of seasonal thawing ξ, determining the density of dry soil ρ d , the density of mineral particles ρ s , and soil moisture on the samples w, humidity over unfrozen water w w (T fh ), moisture yield strength w L and rolling w p , minimum temperature of the freezing zone T fh , design temperature at the surface nt equal to the average temperature of the cooling medium during the freezing period and the calculation of the heaving according to the formula [2]
где ξ - толщина слоя грунта до промерзания; ρd - плотность скелета грунта, г/см3; ρw - плотность воды, г/см3; w - влажность талого грунта; ww(Tfh) - содержание (по массе) незамерзшей воды в мерзлом грунте при температуре 0,57 Tfh; Tfh - минимальная температура зоны промерзания, при которой прекращается пучение; ζ=0 при w≤wu.fh и ζ=0,09 при w>wu.fh; wp - влажность предела раскатывания; T0f - расчетная температура у поверхности грунта, приравненная к средней температуре охлаждающей среды за период промерзания.where ξ is the thickness of the soil layer before freezing; ρ d is the density of the skeleton of the soil, g / cm 3 ; ρ w is the density of water, g / cm 3 ; w is the moisture content of thawed soil; w w (T fh ) - content (by weight) of unfrozen water in frozen soil at a temperature of 0.57 T fh ; T fh is the minimum temperature of the freezing zone at which heaving stops; ζ = 0 for w≤w u.fh and ζ = 0.09 for w> w u.fh ; w p - humidity rolling limit; T 0f is the calculated temperature at the soil surface, equal to the average temperature of the cooling medium during the freezing period.
Остальные параметры в формуле (1) определяются соответствующими зависимостями и графиками.The remaining parameters in formula (1) are determined by the corresponding dependencies and graphs.
Параметр Kb, выражающий отношение влагопроводимости талого и мерзлого грунтов, в практических расчетах может быть принят равнымThe parameter K b , expressing the ratio of moisture conductivity of thawed and frozen soils, in practical calculations can be taken equal
где wsat - полная влагоемкость талого грунта.where w sat is the full moisture capacity of thawed soil.
Параметр ψ определяется из графиков на Фиг.1 по соотношениям Tfh/T0f для: а) супеси, б) суглинка, в) глины.Parameter ψ is determined from the graphs in Figure 1 by the relations T fh / T 0f for: a) sandy loam, b) loam, c) clay.
Коррелятивный параметр ηс, выражающий связь между температурой и содержанием незамерзшей воды в зоне промерзания (пучения), и температура Tfh определяются по табл.1.The correlation parameter η s , which expresses the relationship between temperature and the content of unfrozen water in the freezing (heaving) zone, and temperature T fh are determined from Table 1.
Первое начальное условие пучения по влажности определяется зависимостьюThe first initial condition of heaving by humidity is determined by the dependence
где 0,92 плотность льда, г/см3.where 0.92 is the density of ice, g / cm 3 .
Критическое значение влажности, которое определяет второе начальное условие пучения, находят по формулеThe critical value of humidity, which determines the second initial condition of heaving, is found by the formula
илиor
где wL - влажность грунта у верхнего предела пластичности (граница текучести); Ip=wL-wp - число пластичности.where w L - soil moisture at the upper limit of ductility (yield strength); I p = w L -w p is the plasticity number.
Значение wcr при ρs=2,7 г/см3 может быть определено по графику на Фиг.2 (зависимость от влажности wcr на границе текучести wL и числа пластичности Ip).The value of w cr at ρ s = 2.7 g / cm 3 can be determined from the graph in FIG. 2 (dependence on humidity w cr at the yield strength w L and plasticity number I p ).
Недостатком способа является высокая трудоемкость работы на определение большого количества характеристик физических свойств и теплового состояния грунта.The disadvantage of this method is the high complexity of the work to determine a large number of characteristics of physical properties and thermal state of the soil.
Цель изобретения - снижение трудоемкости работ, повышение точности определения величины пучения, что может сократить излишние расходы при возведении сооружений.The purpose of the invention is to reduce the complexity of the work, improving the accuracy of determining the amount of heaving, which can reduce unnecessary costs in the construction of structures.
Цель достигается тем, что согласно способу определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя, включающему бурение скважин с отбором образцов до и после промерзания сезонноталого слоя, измеряют глубину сезонного протаивания ξ, определяют плотность сухого грунта до промерзания сезонноталого слоя ρd,th и после его промерзания ρd,f и рассчитывают пучение по формулеThe goal is achieved by the fact that according to the method for determining frost heaving of the soil during freezing of the seasonally spreading layer, including drilling wells with sampling before and after freezing of the seasonally thawed layer, the depth of seasonal thawing ξ is measured, the density of dry soil before freezing of the seasonally thawed layer ρ d, th and after it is frozen freezing ρ d, f and calculate the swelling according to the formula
Величина пучения представляет собой произведение толщины слоя грунта до промерзания ξ на отношение приращения толщины слоя грунта при промерзании hf-ξ и толщины слоя талого грунта ξThe heaving value is the product of the thickness of the soil layer before freezing ξ by the ratio of the increment of the thickness of the soil layer during freezing h f -ξ and the thickness of the layer of thawed soil ξ
Выразим в формуле (7) hf и ξ через соответствующие объемы грунта в талом Vth и мерзлом Vf состояниях и произвольную площадь поперечного сечения грунта sLet us express in formula (7) h f and ξ through the corresponding soil volumes in the thaw V th and frozen V f states and an arbitrary soil cross-sectional area s
В зависимостях (8) объемы грунта в талом Vth, и мерзлом Vf состояниях выразим через массу сухого грунта md и плотности ρd,th и ρd,f Depending (8) the volume of soil in thawed V th, V f and frozen states expressed in terms of dry weight of soil m d and density ρ d, th and ρ d, f
Подставив (8) и (9) в (7), получаем расчетную формулу морозного пучения промерзающего грунта (6):Substituting (8) and (9) into (7), we obtain the calculated formula for frost heaving of freezing soil (6):
Пример осуществления способа определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слояAn example implementation of a method for determining frost heaving of soil during freezing of a seasonally spreading layer
Способ испытан на стационаре «Туймаада» Института мерзлотоведения СО РАН.The method was tested at the hospital "Tuymaada" Institute of permafrost SB RAS.
Перед началом промерзания протаявшего за лето слоя грунта в начале октября специальным металлическим щупом была определена его толщина, составившая ξ=1,65 м. Затем колонковым способом была пробурена скважина на всю глубину протаявшего слоя. Через каждые 30 см керна в режущие кольца с известным объемом (Vth) отбирали образцы талого грунта, упаковывали их в соответствии с требованиями ГОСТ 5180-2000, доставляли в грунтовую лабораторию, высушивали при температуре 105°С в сушильном шкафу, взвешивали высушенные образцы (md,th) и вычисляли плотность скелета талого грунта по формуле ρd,th=md,th/Vth.Before the freezing of the soil layer melted over the summer in early October, a thickness of ξ = 1.65 m was determined with a special metal probe. Then, a well was drilled using the core method to the entire depth of the thawed layer. Every 30 cm of the core, thawed soil samples were taken into cutting rings with a known volume (V th ), packaged in accordance with the requirements of GOST 5180-2000, delivered to a soil laboratory, dried at a temperature of 105 ° C in an oven, and dried samples were weighed ( m d, th ) and the density of the skeleton of thawed soil was calculated by the formula ρ d, th = m d, th / V th .
Результаты определения объема образцов, массы высушенного грунта и вычислений плотности скелета талого грунта представлены ниже в таблице.The results of determining the volume of samples, the mass of dried soil and the calculation of the density of the skeleton of thawed soil are presented in the table below.
После промерзания протаявшего за лето слоя грунта в апреле месяце снова была пробурена скважина в 1 м от первой скважины на ту же глубину. Также через каждые 30 см керна отбирали пробы мерзлого грунта для определения плотности и влажности грунта, упаковывали их, доставляли в лабораторию с отрицательной температурой.After freezing a layer of soil that melted over the summer in April, a well was again drilled 1 m from the first well to the same depth. Also, every 30 cm of the core, samples of frozen soil were taken to determine the density and moisture of the soil, packed, delivered to a laboratory with a negative temperature.
Образцы для определения влажности грунта взвешивали (mf,1), высушивали в сушильном шкафу, высушенные образцы вновь взвешивали (md,f) и рассчитывали влажность мерзлого грунта по формуле wf=(mf,1-md,f)/md,f.Samples for determining soil moisture were weighed (m f, 1 ), dried in an oven, dried samples were again weighed (m d, f ), and frozen soil moisture was calculated using the formula w f = (m f, 1 -m d, f ) / m d, f .
Результаты взвешиваний образцов и определения влажности грунта приведены ниже в таблице.The results of weighing samples and determining soil moisture are given in the table below.
проб h, мDepth of selection
samples h, m
mf,1, гSample weight
m f, 1 , g
образца md,f, гMass of dried
sample m d, f , g
д.е. wf=(mf,1-md,f)/md,f Humidity of a frozen soil sample w
D.E. w f = (m f, 1 -m d, f ) / m d, f
Образцы для определения плотности грунта в соответствии с ГОСТ 5184-2000 обрабатывали до получения округлой формы, взвешивали на воздухе (mf,2), обвязав тонкой нитью, опускали в керосин и взвешивали в керосине (mf,к) и рассчитывали плотности мерзлого грунта по формуле ρf=ρkmf,2/(mf,2-mf,к), затем находили плотность скелета мерзлого грунта по формуле ρd,f=ρf/(1+wf).Samples for determining the density of the soil in accordance with GOST 5184-2000 were processed to a round shape, weighed in air (m f, 2 ), tied with a thin thread, dipped in kerosene and weighed in kerosene (m f, k ) and the frozen density of the soil was calculated by the formula ρ f = ρ k m f, 2 / (m f, 2 -m f, k ), then we found the density of the skeleton of frozen soil by the formula ρ d, f = ρ f / (1 + w f ).
Результаты взвешиваний образцов мерзлого грунта на воздухе и в керосине с плотностью рк=0,86 г/см3 и расчетов плотности мерзлого грунта и плотности скелета мерзлого грунта приведены ниже в таблице.The results of weighing samples of frozen soil in air and kerosene with a density of p k = 0.86 g / cm 3 and calculations of the density of frozen soil and the density of the skeleton of frozen soil are given in the table below.
Для сравнения результатов определения морозного пучения грунта предлагаемым способом на глубинах 0,3; 0,6; 0,9 и 1,2 м были заложены марки, вертикальные перемещения которых определялись нивелированием относительно неподвижного репера - металлической трубы, заложенной в толщу мерзлых грунтов на глубину 9,0 м.To compare the results of determining frost heaving of the soil by the proposed method at depths of 0.3; 0.6; Grades 0.9 and 1.2 m were laid, the vertical displacements of which were determined by leveling with respect to the stationary benchmark - a metal pipe embedded in the thickness of frozen soils to a depth of 9.0 m.
Расчетные данные и результаты определения пучения предлагаемым способом по формуле hfh=ξ(ρd,th/ρd,f-1)и нивелированием приведены ниже в таблице.The calculated data and the results of determining heaving by the proposed method according to the formula h fh = ξ (ρ d, th / ρ d, f -1) and leveling are shown in the table below.
скелета талого
грунта Pd.th, г/см3 Density
skeleton thawed
soil P d.th , g / cm 3
скелета мерзлого
грунта pd,f, г/см3 Density
frozen skeleton
soil p d, f , g / cm 3
Максимальная погрешность определения величины пучения предлагаемым способом составляет 18,8%, что допустимо в условиях изменения плотности скелета грунта в горизонтальной плоскости.The maximum error in determining the heaving value of the proposed method is 18.8%, which is permissible under conditions of changing the density of the skeleton of the soil in the horizontal plane.
Промышленная применимость. Изобретение может быть с успехом применено для определения пучинистости грунтов на трассах линейных сооружений при расчете глубины заложения опор в мерзлый грунт.Industrial applicability. The invention can be successfully applied to determine the heaving of soils on the lines of linear structures when calculating the depth of the piers in frozen ground.
Источники информацииInformation sources
1. Орлов В.О., Ёлгин Б.Б., Железняк И.И. Морозное пучение грунтов в расчетах оснований сооружений. - Новосибирск: Изд-во Наука, 1987. - 136 с.1. Orlov V.O., Yolgin B. B., Zheleznyak I.I. Frosty heap of soils in the calculation of the foundations of structures. - Novosibirsk: Publishing House of Science, 1987. - 136 p.
2. Основы геокриологии. Ч.5. Инженерная геокриология. // под ред. Э.Д. Ершова. - М.: Изд-во МГУ, 1999. - 526 с.2. The basics of geocryology. Part 5. Engineering geocryology. // ed. E.D. Ershov. - M.: Publishing House of Moscow State University, 1999 .-- 526 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010149010/03A RU2498014C2 (en) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | Method to determine frost heave of soil during freezing of seasonally thawing layer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010149010/03A RU2498014C2 (en) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | Method to determine frost heave of soil during freezing of seasonally thawing layer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010149010A RU2010149010A (en) | 2012-06-10 |
RU2498014C2 true RU2498014C2 (en) | 2013-11-10 |
Family
ID=46679521
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010149010/03A RU2498014C2 (en) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | Method to determine frost heave of soil during freezing of seasonally thawing layer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2498014C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109653184A (en) * | 2018-11-09 | 2019-04-19 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | A kind of less salt salt marsh earth salt-frost-heave force determines method |
CN111189875A (en) * | 2020-01-17 | 2020-05-22 | 西南交通大学 | Method for testing maximum frost heaving rate of graded broken stone filler of high-speed railway roadbed |
RU2769005C1 (en) * | 2021-08-04 | 2022-03-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова» | Method for determining frost heaving of soil |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU746033A1 (en) * | 1978-04-20 | 1980-07-07 | Красноярский Трест Инженерно-Строительных Изысканий Производственного Объединения "Стройизыскания" Госстроя Рсфср | Device for measuring values and efforts of frost-warping of soil |
US5663649A (en) * | 1995-06-02 | 1997-09-02 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By Agriculture And Agri-Food Canada | Soil penetrometer |
RU2193180C2 (en) * | 2000-07-27 | 2002-11-20 | Акционерное общество "Проектно-изыскательское и научно-производственное акционерное общество "Институт Гидропроект" | Procedure establishing physical properties of frozen ground and device for its realization |
RU2281995C1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью научно-исследовательская проектно-строительная фирма "АБИК" (ООО НИПСФ "АБИК") | Method for frost ground heaving determination in dependence of pressure transmitted from foundation to the ground |
-
2010
- 2010-11-30 RU RU2010149010/03A patent/RU2498014C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU746033A1 (en) * | 1978-04-20 | 1980-07-07 | Красноярский Трест Инженерно-Строительных Изысканий Производственного Объединения "Стройизыскания" Госстроя Рсфср | Device for measuring values and efforts of frost-warping of soil |
US5663649A (en) * | 1995-06-02 | 1997-09-02 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By Agriculture And Agri-Food Canada | Soil penetrometer |
RU2193180C2 (en) * | 2000-07-27 | 2002-11-20 | Акционерное общество "Проектно-изыскательское и научно-производственное акционерное общество "Институт Гидропроект" | Procedure establishing physical properties of frozen ground and device for its realization |
RU2281995C1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью научно-исследовательская проектно-строительная фирма "АБИК" (ООО НИПСФ "АБИК") | Method for frost ground heaving determination in dependence of pressure transmitted from foundation to the ground |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГОСТ 28622-90 Грунты, Метод лабораторного определения степени пучинистости. - М. дата введения 01.09.1990. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109653184A (en) * | 2018-11-09 | 2019-04-19 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | A kind of less salt salt marsh earth salt-frost-heave force determines method |
CN109653184B (en) * | 2018-11-09 | 2020-11-06 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | Method for determining salt-frost heaving force of low-salt salinized soil |
CN111189875A (en) * | 2020-01-17 | 2020-05-22 | 西南交通大学 | Method for testing maximum frost heaving rate of graded broken stone filler of high-speed railway roadbed |
CN111189875B (en) * | 2020-01-17 | 2021-08-10 | 西南交通大学 | Method for testing maximum frost heaving rate of graded broken stone filler of high-speed railway roadbed |
RU2769005C1 (en) * | 2021-08-04 | 2022-03-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова» | Method for determining frost heaving of soil |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010149010A (en) | 2012-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Domine et al. | Seasonal evolution of the effective thermal conductivity of the snow and the soil in high Arctic herb tundra at Bylot Island, Canada | |
Yang et al. | Deep soil water infiltration and its dynamic variation in the shifting sandy land of typical deserts in China | |
Wright et al. | Hillslope runoff from an ice‐cored peat plateau in a discontinuous permafrost basin, Northwest Territories, Canada | |
Iwata et al. | Comparison of soil frost and thaw depths measured using frost tubes and other methods | |
RU2498014C2 (en) | Method to determine frost heave of soil during freezing of seasonally thawing layer | |
Alam et al. | Evaluation of post-construction changes in soil hydraulic properties through field instrumentation and in situ testing | |
Netterberg et al. | Weak interlayers inflexible and semi-flexible road pavements: part 1 | |
CN111460703B (en) | Simulation calculation method for freezing and sinking process of coal mine vertical shaft | |
Zhang et al. | In-situ assessment of soil shrinkage and swelling behavior and hydro-thermal regimes with a thermo-time domain reflectometry technique | |
Wang et al. | Changes of backfill soil of tower foundation in the permafrost regions with warm ice-rich frozen soil on the Qinghai–Tibet Plateau | |
RU2277239C1 (en) | Ultrasonic method of testing of concrete's strength in concrete and ferroconcrete constructions during exploitation | |
Sidorchuk et al. | Model for estimating gully morphology | |
Abubakar et al. | Mechanical properties of paddy soil in relation to high clearance vehicle mobility | |
Kawamura et al. | Field monitoring of embankment constructed by volcanic soil and its evaluation | |
Dalai et al. | Permafrost and geotechnical investigations in Nalaikh Depression of Mongolia | |
Salour et al. | Pavement unbound materials stiffness-moisture relationship during spring thaw | |
Miller et al. | Pile settlement in saline permafrost: a case history | |
Nokken et al. | Measured internal temperatures in concrete exposed to outdoor cyclic freezing | |
Kňažková et al. | Interannual variability of soil thermal conductivity and moisture on the Abernethy Flats (James Ross Island) during thawing seasons 2015–2023 | |
Mościcki | Temperature regime on northern slopes of Hala Gąsienicowa in the Polish Tatra Mountains and its relationship to permafrost | |
Yang et al. | Study on deformation property of coarse particles (sulfate) saline soil with field test | |
Gabrielli et al. | Investigation of damp and salt distribution in outdoors full-scale masonry wall via wireless monitoring and radar testing | |
Abzhalimov et al. | Laboratory investigations of the pressure dependence of the frost heaving of soil | |
Du et al. | Experimental research on frost heaving characteristics of coarse grained soil filler of high speed railway subgrade in cold region | |
Lee et al. | Experimental Study on the Coefficient for Predicting the Adfreeze Bond Strength |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20120726 |
|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20121220 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161201 |